Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

ЛЕКЦІЯ 42

Читайте также:
  1. ЛЕКЦІЯ 1
  2. ЛЕКЦІЯ 1
  3. ЛЕКЦІЯ 10
  4. ЛЕКЦІЯ 10. ВНУТРІШНЯ ОРГАНІЗАЦІЯ ТА УПРАВЛІННЯ ОРГАНУ ДЕРЖАВНОЇ ВЛАДИ
  5. ЛЕКЦІЯ 11
  6. ЛЕКЦІЯ 12
  7. ЛЕКЦІЯ 12. ЕФЕКТИВНІСТЬ ДЕРЖАВНОГО УПРАВЛІННЯ. ДЕРЖАВНИЙ КОНТРОЛЬ У СФЕРІ ВИКОНАВЧОЇ ВЛАДИ

 

5.3.3 ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ПОТУЖНІСТЬ ТА КУТОВІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Якщо в (5.37) знехтувати електричними втратами Ре1 (що цілком допустимо для машин великої та середньої потужності), то потужність, яку віддає генератор до мережі, буде рівна електромагнітній потужності:

 

Р2 » Рем = m1 * Е0 * I1 *cos y1, (5.39)

 

де m1 – число фаз обмотки статора; Е0 – ЕРС, наведена в обмотці статора основним потоком; I1 – викликаний нею струм; y1 – кут між ЕРС і струмом.

При дослідженнях паралельної роботи синхронної машини з мережею користуватись цією формулою не досить зручно. Тому найчастіше використовується інша, враховуючи що, як відзначалось раніше, потужність, яка віддається до мережі цілком залежить від часового зсуву між ЕРС Е0 та напругою мережі U1 (або просторового кута між осями полюсів поля ротора та обертового поля статора), тобто від кута вильоту ротора q. Щоб вивести залежність електромагнітної потужності від кута q, користуються спрощеною векторно-потенціальною діаграмою неявнополюсного генератора (рис. 5.17). На (рис. 5.23) подана ця діаграма для активно-індуктивного навантаження. З кінця вектора U1 (точка c) опушений перпендикуляр на вектор ЕРС Е0 (точка b). Із подібності трикутників ad 0 та abc витікає, що кут acb дорівнює y1, а тому: bc = I1 * Хc *cos y1 = U1 *sin q. З цього рівняння визначається I1 *cos y1 = U1 *sin q / Хc і, після підстановки його у (5.39), можна отримати залежність електромагнітної потужності від кута вильоту ротора:

 

Рем =m1 * U1 * E0 *sin q / Хc. (5.40)

Ця формула вказує на те, що електромагнітна потужність синхронної машини пропорційна напрузі мережі U1, ЕРС генератора E0, яку створює МРС обмотки збудження, та синусу кута вильоту ротора q. Враховуючи незмінність напруги мережі U1, та ЕРС E0, при незмінному струмі збудження, електромагнітна потужність Рем буде залежати тільки від синусоїдальної зміни кута q. Розділивши електромагнітну потужність Рем (5.40) на кутову частоту обертання w, можна отримати значення електромагнітного моменту Мем, що діє на ротор генератора:

 

Мем = m1 * U1 * E0 *sin q /(Хc * w). (5.41)

 

Ця формула електромагнітного моменту вказує на суттєву перевагу синхронної машини над асинхронною – пряма залежність електромагнітного моменту від напруги мережі (Мем º U1), тоді як у асинхронної машини ця залежність квадратична (Мем º U12).

На відміну від асинхронних машин та машин постійного струму, де частота обертання залежить від навантаження на валу, і тому для них будуються механічні характеристики w = ¦(Mем), для синхронних машин будуються кутові характеристики Мем = ¦(q) (рис. 5.24) та (рис. 5.27).

Враховуючи синусоїдальну зміну кутової характеристики неявнополюсного синхронного генератора, найбільшого значення електромагнітні момент та потужність Ммакс (Рмакс) досягають при q = 90 0 (рис. 5.24), коли sin q = 1, отже

 

Ммакс = m1 * U1 * E0 /(Хc * w); (5.42)

 

Рмакс = m1 * U1 * E0 / Хc. (5.43)

 

При номінальному навантаженні кут вильоту ротора qном = (20 35)0. Статичне перевантаження

неявнополюсного генератора, тобто відношення максимального моменту до номінального l = Ммакс / Мном складає відповідно 1,75 – 2,90.

Як видно з (5.42) та (5.43), максимальні момент та потужність синхронного генератора зворотно пропорційні індуктивному опорові Хc, тоді для зниження Хc і, відповідно, підвищення Ммакс (Рмакс), повітряний проміжок в машині виконується значно більшим, ніж це необхідно з конструктивних міркувань (щоб ротор не зачіплявся за статор).

Електромагнітні процеси, які відбуваються в синхронній явнополюсній машині, до деякої міри, відрізняються від процесів, що мають місце в неявнополюсній машині. Це можна пояснити, скориставшись (рис. 5.25, а), на якому лінії магнітного поля статора замикаються найкоротшим шляхом через неявнополюсний ротор незалежно від положення його осі по відношенню до осі поля статора. В той же час магнітні лінії поля статора витягуються і намагаються повернути явнополюсний ротор (рис. 5.25, б) так, щоб його вісь співпадала з віссю поля статора. Така дія поля статора на явнополюсний ротор приводить до появи в явнополюсній машині додаткового електромагнітного моменту (потужності), не пов’язаного з основним магнітним полем машини. Тобто, у явнополюсній машині, крім основного електромагнітного моменту Мос (аналогічного з електромагнітним моментом неявнополюсного генератора), буде створюватись ще один, додатковий момент Мд.

Щоб визначити розрахункову формулу моментів, що створюються в роторі явнополюсної машини, слід скористатися перетвореною векторно-потенціальною діаграмою явнополюсного генератора (рис. 5.16). Як і у випадку з неявнополюсним генератором ця діаграма будується для активно-індуктивного характеру навантаження генератора (рис. 5.26).

Нехтуючи значенням електричних втрат в обмотці статора (Ре1 » 0), можна електромагнітну потужність генератора вважати рівною корисній потужності, що віддається до мережі

 

Рем» Р2 = m1 * U1 * I1 *cos j1. (5.44)

 

Із векторно-потенціальної діаграми (рис. 5.26) визначається кут коефіцієнта потужності машини, як j1 = y1 q, і підставляється в (5.44):

 

Рем = m1 * U1 * I1 *cos (y1 – q) = m1 * U1 * I1 *(cos y1 *cos q + sin y1 *sin q) = m1 * U1 *(I1q *cos q +I1d *sin q), (5.45)

 

де I1q = I1 *cos y1 – активна складова частина струму обмотки статора; I1d = I1 *sin y1 – реактивний струм обмотки статора.

Із побудови на (рис.5.26) витікає, що

 

Е0 = U1 *cos q + I1d * Хd; Хq * I1q= U1 *sin q,

 

з цих співвідношень визначаються значення складових частин струму обмотки статора:

 

I1d = (Е0 – U1 *cos q)/ Хd; I1q = U1 *sin q / Хq. (5.46)

Отримані значення струмів підставляються в (5.45):

 

Рем = m1 * U1 *{(U1 *sin q / Хq)*cos q + [(Е0 U1 *cos q)/ Хd ]*sin q } =

= (m1 * U12 *sin q / Хq)*cos q + (m1 * Е0 * U1 / Хd)*sin q – (m1 * U12 *cos q / Хd)*sin q=

= (m1 * Е0 * U1 / Хd)*sin q + (m1 * U12 / Хq – m1 * U12 / Хd)*sin q *cos q.

З урахуванням того, що sin q *cos q = 1/2sin(2 q), отримуємо кінцеве значення електромагнітної потужності явнополюсного синхронного генератора:

 

Рем = (m1 * Е0 * U1 / Хd)*sin q + (m1 * U12 /2)*(1/ Хq – 1/ Хd )*sin(2 q), (5.47)

 

де (m1 * Е0 * U1 / Хd)*sin q = Poc – основна частина електромагнітної потужності, викликана взаємодією струму обмотки статора з основним магнітним потоком машини, (так як у формулу цієї складової електромагнітної потужності входить величина ЕРС Е0, яка створюється основним потоком, та напруга мережі, що викликає струм статора); а m1 * U12 /2*(1/ Хq – 1/ Хd )*sin(2 q) = Рд – додаткова електромагнітна потужність, зумовлена дією магнітного поля статора на явнополюсну конструкцію ротора (рис. 5.25). При номінальному збудженні машини максимальне значення потужності Pд складає (20 – 35) % від амплітуди основної частини Pос.

Поділивши (5.47) на кутову частоту обертання, визначається електромагнітний момент, що протидіє моменту привідного двигуна явнополюсної синхронної машини:

 

Мем = [ m1 * Е0 * U1 /(Хd * w)]*sin q + [ m1 * U12 /(2 w)]*(1/ Хq – 1/ Хd )*sin(2 q) (5.48)

На (рис.5.27) зображені дві складові частини електромагнітного моменту – основна Мос

 

Мос = [ m1 * Е0 * U1 /(Хd * w)]*sin q (5.49)

 

і додаткова Мд

Мд = [ m1 * U12 /(2 w)]*(1/ Хq – 1/ Хd )*sin(2 q) (5.50)

та його результатне значення, що досягає максимального значення Ммакс (Рмакс) при qкр < 90 0 (наприклад у генераторів, що працюють на гідроелектростанції “Дніпрогес-1” qкр»75 0, а момент Ммакс на 6 % вище, ніж Ммакс основної складової моменту). При номінальному навантаженні явнополюсного генератора кут вильоту ротора qном = (15 30)0. Додатковий електромагнітний момент Мд називається ще реактивним електромагнітним моментом.

 

5.3.4 СИНХРОНІЗУЮЧА ЗДАТНІСТЬ СИНХРОННИХ МАШИН

При роботі синхронної машини паралельно нескінченно потужній мережі (у якої U1, f1 = const), її магнітне поле, що створюється обмоткою статора, обертається з незмінною синхронною частотою обертання n1, як і поля інших машин змінного струму (синхронних і асинхронних), що ввімкнені в мережу. Електричний зв’язок між обмотками статора всіх цих машин, можна розглядати як жорсткий механічний зв’язок між осями магнітних полів, що створюються струмами цих обмоток.

Результатний магнітний потік кожного синхронного генератора, який виникає при взаємодії основного поля і поля статора, обертається з такою ж частотою обертання, як і поля статора, тому і ротори всіх синхронних машин можна вважати як з’єднані між собою. На відміну від полів статора, які “з’єднані жорсткою муфтою”, ротори слід розглядати як такі, що “з’єднані еластичною муфтою”, яка дозволяє осям роторів відхилятись на електричний кут в 180 0ел. (від 90 0 в режимі двигуна до +90 0 в режимі генератора). Таку еластичну муфту можна розглядати як дію мережі, на кожну окрему машину, направлену на утримання даної машини в синхронізмі. Ця властивість називається синхронізуючою спроможністю синхронної машини. В загальному вигляді режим роботи синхронної машини, що відповідає будь-якій точці кривої Мем (Рем) на (рис. 5.24) та (рис. 5.27), буде стійким, якщо, при випадкових відхиленнях від стану рівноваги, приріст електромагнітного моменту (потужності) буде співпадати з приростом кута вильоту ротора, тобто D Мем / D q > 0 або D Pем / D q > 0.

Диференціюючи (5.40) та (5.41) по куту q (при U1; E0; w = const) можна отримати значення, так званих, питомої синхронізуючої потужності

Рсинх = d Pем / d q = (m1 * Е0 * U1 / Хd)*cos q, (5.51)

 

та питомого синхронізуючого моменту

 

Мсинх = d Мем / d q = [ m1 * Е0 * U1 /(Хd * w)]*cos q, (5.52)

який зображений пунктирною лінією на (рис 5.24) і для неявнополюсної машини уявляє косинусоїду.

Як і електромагнітні потужність та момент, питомі синхронізуючі потужність і момент явнополюсної машини будуть мати основну та додаткову питомі синхронізуючі величини. Щоб отримати Рсинх та Мсинх для явнополюсної машини необхідно диференціювати, відповідно, (5.49) та (5.50) по вильоту ротора:

 

Рсинх = (m1 * Е0 * U1 / Хd)*cos q + (m1 * U12)*(1/ Хq – 1/ Хd )*cos(2 q), (5.53)

 

Мсинх = [ m1 * Е0 * U1 /(Хd * w)]*cos q + (m1 * U12 / w)*(1/ Хq – 1/ Хd )*cos(2 q) (5.54)

 

Із формул синхронізуючих потужностей та моментів витікає, що максимальне їх значення наступає при куті вильоту ротора q = 0. Зі зростанням кута q синхронізуюча здатність машини знижується і при q = qкр зовсім зникає. Синхронізуючу здатність мають не лише синхронні генератори, а і синхронні двигуни.

 

ЦЕ НЕОБХІДНО ЗАПАМ’ЯТАТИ:

– електромагнітні потужність та момент синхронної машини виражаються у функції кута вильоту ротора q;

– на відміну від асинхронної, в синхронній машини основний електромагнітний момент пропорційний напрузі у першому ступені;

– додатковий (реактивний) електромагнітний момент виникає завдяки явнополюсній конструкції ротора, він, як і в асинхронній машині, пропорційний квадрату напруги;

– на відміну від інших машин, для синхронних будуються не механічні, а кутові характеристики Мем = f(q);


Дата добавления: 2015-07-14; просмотров: 241 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: ДАЙТЕ ВІДПОВІДІ НА ЦІ ЗАПИТАННЯ САМОСТІЙНО | ЛЕКЦІЯ 32 | ЛЕКЦІЯ 33 | ЛЕКЦІЯ 34 | ЛЕКЦІЯ 35 | ЛЕКЦІЯ 36 | ЛЕКЦІЯ 37 | ЛЕКЦІЯ 38 | ЛЕКЦІЯ 39 | ЛЕКЦІЯ 40 |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
ЛЕКЦІЯ 41| ДАЙТЕ ВІДПОВІДІ НА ЦІ ЗАПИТАННЯ САМОСТІЙНО

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.017 сек.)